一种光电流和单光子检测装置及方法

技术特征：
1.一种光电流和单光子检测装置，其特征在于，包括电源模块、信号探测模块、信号放大模块、ad采集模块、信号甄别模块、分频计数模块、控制模块、通讯模块以及上位机模块；所述电源模块分别与信号探测模块、信号放大模块、ad采集模块、信号甄别模块、分频计数模块、控制模块和通讯模块的电源端连接，信号探测模块的输出端连接信号放大模块的输入端，信号放大模块的输出端分别连接所述信号甄别模块以及ad采集模块的输入端，信号甄别模块的输出端与分频计数模块、控制模块、通讯模块依次连接，ad采集模块的输出端与控制模块的输入端进行连接；通讯模块输出数据发送至上位机模块；所述的电源模块分为低压电源模块和高压电源模块；其中高压电源部分单独给信号探测模块供电；低压电源部分给信号放大模块、ad采集模块、信号甄别模块、分频计数模块、控制模块、通讯模块供电；所述的高压电源模块包括cc228电源芯片和第二十四分压电阻r24；cc228电源芯片的一号引脚与12v电源连接，二号引脚接地，三号引脚与第二十四分压电阻a端连接，4号引脚与第二十四分压电阻p端连接，5号引脚与第二十四分压电阻b端连接，6号引脚与信号探测模块连接；所述低压电源模块包括f1方形保险丝、f2方形保险丝、拨片开关s1、拨片开关s2、热敏电阻r1、热敏电阻r6、12v电源芯片u1、正负12v电源芯片u5、正5v电源芯片l7805、负5v电源芯片l7905、电源芯片lm1117、ac220v电源、发光二极管d1-d4、限流电阻r2-r5、二极管d5-d6、滤波电容c1-c2、滤波电容c7-c9、滤波电容c11-c15、滤波电容c18-c21；方形保险丝f1一端与ac220v电源一端连接，另一端与拨片开关s1的二号引脚连接，拨片开关s1的三号引脚与12v电源芯片u1的一号引脚连接，12v电源芯片u1的二号引脚与ac220v电源的二号引脚连接，12v电源芯片u1的三号引脚与12v电源连接，12v电源芯片u1的四号引脚接地，滤波电容c1、c2的一端与12v电源连接，另一端接地；方形保险丝f2一端与ac220v电源一号端口连接，另一端与拨片开关s2的二号引脚连接，拨片开关s2的三号引脚与热敏电阻r6的一端连接，热敏电阻r6的另一端与电源芯片u5的二号引脚连接，电源芯片u5的一号引脚与ac220v电源的二号端口连接，三号引脚与电源芯片l7805的一号引脚连接，四号引脚与二极管d5的负极连接，五号引脚接地；电源芯片l7805的二号引脚接地，三号引脚与电源芯片lm1117的三号引脚连接，二极管d6的负极接地，负极与-12v电源连接，电源芯片l7905的一号引脚接地，二号引脚与二极管d6的正极连接，三号引脚输出-5v电源；电源芯片lm1117的一号引脚接地，二号引脚输出3.3v电源，三号引脚与5v电源连接；滤波电容c7和滤波电容c9一端与正12v电源连接，另一点接地；滤波电容c8和滤波电容c11一端与正5v电源连接，另一端接地；滤波电容c12和滤波电容c14一端与负12v电源连接，另一端接地；滤波电容c13和滤波电容c15一端与负v电源连接，另一端接地；滤波电容c19和滤波电容c21一端与3.3v电源连接，另一端接地；滤波电容c18和滤波电容c20一端与5v电源连接，另一端接地；发光二极管d1负极与负5v电源连接，正极与限流电阻r2连接，限流电阻r2的另一端接地；发光二极管d2正极与5v电源连接，负极与限流电阻r3连接，限流电阻r3的另一端接地；发光二极管d3正极与3.3v电源连接，负极与限流电阻r4连接，限流电阻r4的另一端接地；发光二极管d4正极与12v电源连接，负极与限流电阻r5连接，限流电阻r5的另一端接地。2.根据权利要求1所述的一种光电流和单光子检测装置，其特征在于，所述的信号探测模块包括光电倍增管cr1、分压电阻r12-r23、稳压电容c26-c28；分压电阻r12-r20的一端分别与与光电倍增管的一号引脚到九号引脚连接，另一端分别与光电倍增管二号引脚到十号
引脚连接；压电阻r21和稳压电容c26的一端与光电倍增管的十号引脚连接，另一端与光电倍增管的十一号引脚连接；分压电阻r22和稳压电容c27的一端与光电倍增管的十一号引脚连接，另一端与光电倍增管的十二号引脚连接；分压电阻r23和稳压电容c28的一端与光电倍增管的十二号引脚连接，另一端接地；光电倍增管的十三号引脚悬空，一号引脚与高压电源的输出连接，十四号引脚与信号放大模块连接。3.根据权利要求1所述的一种光电流和单光子检测装置，其特征在于，所述的信号放大模块和信号甄别模块包括：运算放大器ths4601、电压比较器max913cpa、滤波电容c10、反馈电阻r9、滤波电容c16-c17、滤波电容c23、分压电阻r7、分压电阻r8、采样电阻r10、模式选择器p9；运算放大器ths4601的一号引脚、八号引脚、五号引脚悬空，二号引脚与信号检测模块的输出信号连接，三号引脚接地，四号引脚与负五伏电源连接，七号引脚与五伏电源连接，六号引脚与电压比较器max913cpa的二号引脚连接，同时与模式选择器p9连接；电压比较器max913cpa的一号引脚与低压电源模块连接，二号引脚与运算放大器ths4601的六号引脚连接，三号引脚与分压电阻r7连接，四号引脚与负五伏电源连接，五号引脚、六号引脚接地，七号引脚与采样电阻r10的一端连接，八号引脚悬空；滤波电容c10一端与运算放大器ths4601的二号引脚连接，另一端与运算放大器ths4601的六号引脚连接；反馈电阻r9的二号引脚与第九反馈电阻r9的三号引脚连接，三号引脚与运算放大器ths4601的六号引脚连接，一号引脚与运算放大器ths4601的二号引脚连接；滤波电容c23和滤波电容c22的一端与低压电源模块连接，另一端接地；滤波电容c17和滤波电容c16的一端与低压电源模块连接，另一端接地；分压电阻r8一端与电压比较器max913cpa的三号引脚连接，另一端与低压电源模块连接，分压电阻r7的一号引脚与电压比较器max913cpa的三号引脚连接。4.根据权利要求1所述的一种光电流和单光子检测装置，其特征在于，所述的分频计数模块分为单片机脉冲计数和分频芯片组成，sn74f163an芯片的一号引脚与单片机的pb14引脚连接，九号引脚与5v电源连接，七号和十号引脚与单片机的pb15引脚连接，二号引脚与r10的输出端连接，三号引脚、四号引脚、五号引脚、六号引脚、八号引脚接地；十一号引脚单片机pb6引脚连接，十二号引脚与单片机pb7引脚连接，十三号引脚与单片机pb8引脚连接，十四号引脚与单片机pb9引脚连接，十五号引脚与单片机的pa12引脚连接，十六号引脚与5v电源连接。5.根据权利要求1所述的一种光电流和单光子检测装置，其特征在于，所述的ad采集模块包括运算放大器opa2350、限流电阻r11、滤波电容c24和滤波电容c25；运算放大器opa2350的一号引脚与二号引脚连接，三号引脚与信号甄别模块连接，四号引脚接地，五号引脚、六号引脚和七号引脚悬空，八号引脚与低压电源模块连接；滤波电容c25一端与低压电源模块连接，另一端接地；滤波电容c24一端与单片机pb0引脚连接，另一端接地；限流电阻r11一端与单片机pb0引脚连接，另一端与运算放大器opa2350的一号引脚连接。6.根据权利要求1所述的一种光电流和单光子检测装置，其特征在于，所述的通讯模块包括max232芯片、连接器、滤波电容c3-c6；滤波电容c4一端与max232芯片的一号引脚连接，另一端与max232芯片的三号引脚连接；滤波电容c5一端与max232芯片的四号引脚连接，另一端与max232芯片的五号引脚连接；max232芯片的十一号引脚与单片机的pa9引脚连接，十号引脚悬空，十二号引脚与单片机的pa10引脚连接，九号引脚悬空，十五号引脚接地，七号引脚和八号引脚悬空，六号引脚与滤波电容c6连接，滤波电容c6另一端接地，十三号引脚与
连接器的三号引脚连接，十四号引脚与连接器的二号引脚连接，十六号引脚与低压电源模块连接，二号引脚与滤波电容c3连接,滤波电容c3的另一端与低压电源模块连接。7.根据权利要求1所述的一种光电流和单光子检测装置，其特征在于，所述控制模块为单片机。8.一种光电流和单光子检测方法，基于权利要求1所述的一种光电流和单光子检测装置实现，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对上位机模块进行设置，设置单采集时间、采集间隔，控制参数，点击开始采集按钮，信号探测模块检测单光子或光电流，并对单光子或光电流进行数据采集；步骤2：信号放大模块将采集到的单光子或光电流的电流信号转化成电压信号，并将信号放大；步骤3：信号甄别模块对放大之后的电压信号进行甄别，去除其中的热噪声信号；当每秒打在光电倍增管光阴极上的光子超过每秒百万级时，在每秒百万级的光子射入时采用光电流模式检测光照强度，将信号传递给ad采集模块；步骤4：分频计数模块对去除热噪声之后的信号进行分频处理；步骤5：将分频计数模块或ad采集模块的输出信号传递给控制模块，控制模块将信号转换成单光子个数或光电流强度；步骤6：将采集到的数据发送到上位机模块，上位机对采集数据进行实时更新，并进行显示以及绘图，数据采集结束之后，上位机将自动保存接收到的文件，文件以txt格式存储，实现对光电流以及单光子的检测。

技术总结
本发明提供一种光电流和单光子检测装置及方法，涉及弱化学发光检测技术领域。本系统包括电源模块、信号探测模块、信号放大模块、AD采集模块、信号甄别模块、分频计数模块、控制模块、通讯模块以及上位机模块。其中电源模块分别与信号探测模块、信号放大模块、AD采集模块、信号甄别模块、分频计数模块、控制模块和通讯模块的电源端连接，信号探测模块的输出端连接信号放大模块的输入端，信号放大模块的输出端分别连接所述信号甄别模块以及AD采集模块的输入端，信号甄别模块的输出端与分频计数模块、控制模块、通讯模块依次连接，AD采集模块的输出端与控制模块的输入端进行连接；通讯模块输出数据发送至上位机模块。输出数据发送至上位机模块。输出数据发送至上位机模块。


技术研发人员：李文超 齐宁 司晓鹏 赵玉良 曹加奇 肖乐 沙晓鹏
受保护的技术使用者：东北大学秦皇岛分校
技术研发日：2022.08.22
技术公布日：2022/11/11